教学材料《电子技术》-项目三

一、项目要求知识目标:(1)熟悉桥式整流电路的组成;掌握原理分析方法。(2)理解电容滤波的原理。(3)掌握串联型稳压电路的组成与原理。(4)掌握三端集成稳压器的应用。能力目标:(1)能读懂电路图。(2)能正确使用集成稳压器。能熟练使用万用表检测元件的质量好坏;(3)能够完成直流稳压电源的设计、安装和调试，并能进行电路测试。(4)能分析及排除电路的故障。返回任务一、直流稳压电源制作(一)电路设计及仿真1.设计并制作一个连续可调直流稳压电源主要技术指标要求:①输出电压可调:②最大输出电流:③输出电压变化量:④稳压系数:2.EWB仿真(图3.1)(1)用示波器观察记录U2波形

，开关打开时UA波形

，开关闭合时UA波形

，UB波形

，UO波形

。下一页返回任务一、直流稳压电源制作(二)用面包板或PCB板制作电源实物清检元件(表3.1)2.电路制作(图3.2)上一页返回任务二、直流电源电路分析(一)直流稳压电源电路的组成及作用小功率直流电源通常采用单相整流获得。主要是利用二极管的单向导电特将交流电变为脉动直流电。如图3.3所示。线性直流稳压电源由电源变压整流电路、滤波电路和稳压电路四部分组成，每部分的功能如下。1)电源变压器电源变压器的任务就是将交流电的幅度变换为直流电源所需要的幅度。下一页返回任务二、直流电源电路分析2)整流电路整流电路的目的是利用具有单向导电性能的整流元件，将正负交替的正弦交流电压整流成为单方向的脉动电压。3)滤波电路滤波电路的功能是将整流后的单向脉动电压中的脉动成分尽可能地滤掉，使输出电压成为比较平滑的直流电压。该电路由电容、电感等储能元件组成。4)稳压电路稳压电路的功能是减小电源电压波动、负载变化和温度变化的影响，以维持输出电压的稳定。上一页下一页返回任务二、直流电源电路分析(二)单相整流电路分析由于电网系统供给的电能都是交流电，而电子设备需要稳定的直流电源供电，才能正常工作，因此必须将交流电变换成直流电，这一过程称为整流。下面主要分析单相半波整流电路和单相桥式整流电路。1.单相半波整流电路在一个周期内，二极管导电半个周期，负载RL只获得半个周期的电压，故称为半波整流。经半波整流后获得的是波动较大的脉动直流电。上一页下一页返回任务二、直流电源电路分析1)电路组成图3.4(a)为单相半波整流电路，T为电源变压器，V为整流二极管，RL为负载电阻。2)工作原理设变压器副边电压为式中，U2为变压器副边电压有效值。在u2的正半周(0-

)耐期间，假定变压器副边绕组的极性是上“+”下“-”，则二极管V承受正向电压导通，此时有电流流过负载RL其压降为

，如果忽略V的管压降uv。则

，负载上的电压u0，与u2基本相等。上一页下一页返回任务二、直流电源电路分析在u2的负半周(Π-2Π）期间，变压器副边绕组的极性变为上“-”下“+”，二极管V承受反向电压截止，此时电流，负载上的电压

，变压器上的电压u2以反向全部加到二极管上。第二个周期开始又重复上述过程。3)指标参数计算负载上获得的是脉动直流电压，其大小用平均值U0来衡量。流过负载电流的平均值为上一页下一页返回任务二、直流电源电路分析流过二极管的平均电流与负载电流相等。故二极管反向截止期承受的最高反向电压等于变压器副边电压的最大值，所以4)特点单相半波整流电路简单，元件少，但输出电流脉动很大，变压器利用率低。因此半波整流仅适用于要求不高的场合。上一页下一页返回任务二、直流电源电路分析2.单相桥式整流电路1)电路组成如图3.5所示，为单相桥式整流电路的三种画法。它由整流变压器，四个二极管和负载电阻组成。2)工作原理在u2的正半周(0~π)时，二极管V1,V3承受正向电压导通，V2,V4承受反向电压而截止，电流io，从变压器副边a端经V1,RL,V3回到b端，电流在电阻RL上产生压降uo。如果忽略V1、V3的管压降，则uo=u2。上一页下一页返回任务二、直流电源电路分析在u2的负半周(π~2π）时，V1,V3反向截止，V2，V4承受正向电压而导通，电流io，从变压副边b端出发经V1、RL、V3回到a端。忽略V2、V4的管压降，则u=u2。可见，在u2的一个周期内，V1、V3和V2、V4轮流导通，流过负载RL的电流io，的方向始终不变，负载的电压为单方向的脉动直流电压。波形如图3.6所示。上一页下一页返回任务二、直流电源电路分析3)指标参数计算负载的平均电压负载的平均电流上一页下一页返回任务二、直流电源电路分析在每个周期内，两组二极管轮流导通，各导中半个周期.所以每只二极管的平均中流应为负载中流的一半.即在一组二极管正向导通期间，另一组二极管反向截止，其承受的最高反向电压即变压器副边电压的峰值上一页下一页返回任务二、直流电源电路分析

4)特点桥式整流比半波整流电路复杂，但输出电压脉动比半波整流小一倍，变压器的利用率也较高，因此桥式整流电路得到广泛的应用。(二)滤波电路分析由于整流电路只是把交流电变成厂脉动的直流电。这种直流电波动很大，主要是含有许多不同幅值和频率的交流成分。为厂获得平稳的直流电，必须利用滤波器将交流成分滤掉。常用滤波电路有电容滤波、电感滤波和复合式滤波等。上一页下一页返回任务二、直流电源电路分析1.电容滤波电路下面以单相桥式整流电容滤波电路来说明电容滤波的原理。1)电路组成电路由单相桥式整流电路，大容量电容C和负载RL组成，电路如图3.7所示。2)工作原理(1)不接RL的情况。如图3.7所示桥式整流电容滤波电路中，开关S打开。上一页下一页返回任务二、直流电源电路分析设电容上已充有一定电压uc，当u2为正半周时，二极管V1和V3仅在u2>uc时才导通;同样，在u2为负半周时，仅当lu2l>uc时，二极管V2和V4才导通;二极管在导通期间，u2对电容充电。无论u2在正半周还是负半周，当lu2l<uc时，由于四只二极管均受反向电压而处于截止状态，所以电容C没有放电回路，故C两端的电压很快地充到u2的峰值，即

，并且保持不变，如图3.8(b)所示。上一页下一页返回任务二、直流电源电路分析

(2)接负载RL的情况。如图3.7所示桥式整流电容滤波电路中，开关S闭合。电容器C两端并上负载RL后，当在u2正半周和负半周，只要|u2|>uc，则V1、V3与V2、V4轮流导通，u2不仅对负载RL供电，还对电容器C充电。当|u2|<uc时，同样，四只二极管均受反向电压而截止，而电容器C将向负载RL放电。如图3.8(c)图所示。3)特点上一页下一页返回任务二、直流电源电路分析电容滤波电路虽然简单，但输出直流电压的平滑程度与负载有关。当负载减小时，时间常数RLC减小，输出电压的纹波增大，所以它不适用于负载变化较大的场合。电容滤波也不适用于负载电流较大的场合，因为负载电流大(RL较小)，这时只有增大电容的容量，才能取得好的滤波效果。但电容容量太大，会使电容体积增大，成本上升，而且较大的充电电流也容易引起二极管损坏。4)主要参数(1)输出电压平均值UO上一页下一页返回任务二、直流电源电路分析经过滤波后的输出电压平均值UO，得到提高。工程上，一般按下式估算UO与U2的关系:(2)二极管的选择。由于电容在开始充电瞬间，电流很大，所以二极管在接通电源瞬间流过较大的冲击尖峰电流，所以在实际应用中要求:二极管的额定电流二极管的最高反向电压(3)电容器的选择上一页下一页返回任务二、直流电源电路分析负载上直流电压平均值及其放电愈慢，输出电压平均值愈大平滑程度与放电时间常数t=RLC有关，t愈大。实际应用中一般取式中，T为交流电源的周期。电容器的耐压为(4)整流变压器的选择。由负载RL上的直流平均电压UO与变压器的关系UO=1.2U2得出上一页下一页返回任务二、直流电源电路分析在实际应用中考虑到二极管正向压降及电网电压的波动，变压器副边的电压值应大于计算值10%。变压器副边电流I2一般取.2.电感滤波电路1)电路工作原理利用电感线圈交流阻抗很大，直流电阻很小的特点，将电感线圈与负载电阻R串联，就组成电感滤波电路。如图3.9所示。整流电路输出的脉动直流电压中的直流成分在电感线圈上形成的压降很小，而交流成分却儿乎全都降落在电感上，负载电阻上得到平稳的直流电压。电感量越大，电压越平稳，滤波效果越好。但电感量大会引起电感的体积过大，成本增加，输出电压下降。上一页下一页返回任务二、直流电源电路分析2)特点电感滤波适用于输出电流大、负载经常变动的场合，其缺点是体积大、易引起电磁干扰。3.复式滤波电路将电容滤波和电感滤波组合起来，可获得比单个滤波器更好的滤波效果，这就是复合滤波器。如图3.10所示为常用的复合滤波电路。常见有T型和Π型两类复合滤波器，如图3.11所示。上一页下一页返回任务二、直流电源电路分析1)Γ型滤波器为了减小负载电压的脉动程度，在电感线圈后面再接电容，如图3.11(a)所示，这样先经过电感滤波，去掉大部分交流成分，然后再经电容滤波，滤除剩余的交流成分，使负载电阻得到一个更平滑的直流电压，这种电路性能与电感滤波电路基本相同。2)π型滤波器图3.11(b)为π型滤波器，它是在电感的前后各并联一个电容。整流器输出的脉动直流电先经过C1滤波，再经过电感L和电容C2滤波，使交流成分大大降低，在负载得到平滑的直流电压。上一页下一页返回任务二、直流电源电路分析(三)稳压电路分析常用的线性集成稳压器，通常为三端式稳压器。它有两种形式:一种是输出为固定的固定式三端稳压器;另一种为可调输出的三端稳压器。其基本原理均为串联型稳压电路。1.串联型稳压电路的工作原理串联型稳压电路由取样电路、基准电路、比较放大电路和调整管组成。因调整元件与负载是串联关系，故称之为串联型稳压电路。上一页下一页返回任务二、直流电源电路分析如图3.12所示，图中VT为调整管，它工作在线性放大区;R3和稳压管V构成基准电压源电路，为放大器A提供比较用的基准电压;R1、R2、RP组成取样电路;放大器A对取样电压和基准电压的差值进行放大。稳压原理分析:若负载变化使输出电路

放大器的净输入电压

调整管的基极电压管压降价

。若负载变化使输出电压增大，其调整的过程与之相反。上一页下一页返回任务二、直流电源电路分析2.三端固定输出集成稳压器三端固定输出集成稳压器通用产品有CW7800系列(正电源)和W7900系列(负电源)。型号的意义为:①78或79后面所加的字母表示额定输出电流。如L表示0.1A,M表示0.5A，无字母时则表示1.5A;②最后的两位数字表示额定电压。如CW7805表示输出电压为+5V，额定电流为1.5A。其外形、封装形式和管脚排列如图3.13所示。上一页下一页返回任务二、直流电源电路分析1)应用电路7800系列的基本应用电路，如图3.14所示。该电路的输出电压为12V，最大输出电流为1.5A。为使电路能正常工作，对各元器件有如下要求:(1)输入端电压UI应比输出端电压至少大2.5一3V;(2)电容器C1一般取0.1~1μF。其作用是抵消长接线时的电感效应，防止自激振荡，抑制电源侧的高频脉冲干扰;(3)输出端电容C2、C3可改善负载的瞬态响应，具有消除高频噪音及振荡的作用;上一页下一页返回任务二、直流电源电路分析(4)V为保护二极管，用来防止在输入端短路时大电容C3通过稳压器放电而损坏。2)提高输出电压的电路如图3.15所示，改变R2与R1比值的大小，就可改变输出电压的大小。其缺点是:若输入电压发生变化，IQ也要变化，将影响稳压器的精度。3)输出正负电压的电路如图3.16所示，输出正负电压的电路由CW7815和CW7915两块三端稳压器所组成，可同时输出+15V、一15V电压。上一页下一页返回任务二、直流电源电路分析3.三端可调输出集成稳压器与78和79系列相比，其公共端的电流非常小，因此可以很方便的组成精密可调的稳压电源，应用更为灵活。其典型产品有:具有正电压输出的CW117/CW217/CW317系列和具有负电压输出的CW137/CW237/CW337系列。其额定电流的标示和78,79系列一样，也是在序列号后用字母标注。其直插式塑封管脚排列，如图3.17所示。上一页下一页返回任务二、直流电源电路分析三端可调输出集成稳压器的基本应用电路，如图3.18所示。为防止输入端发生短路时，C4向稳压器反向放电而损坏，故在稳压器两端反向并一只二极管V1。V2则是为防止因输出端发生短路，C2向调整端放电可能损坏稳压器而设置的。C2可减小输出电压的纹波。R1、RP构成取样电路，可通过调节RD来改变输出电压的大小。该电路输出电压的大小可表示为上一页下一页返回任务二、直流电源电路分析由于基准电流IREF=50uA，可以忽略，基准电压UREF=1.25V，所以可见，当时，，当时，。为保证电路在负载开路时能正常工作，RL的选取很重要。由于元件参数具有一定的分散性，实际运用中可选取静态工作电流IQ=10mA，于是R1可确定为取标称值120Ω，若R1的取值太大，会使输出电压偏高。上一页下一页返回任务二、直流电源电路分析集成电路空载电阻的测量集成电路的好坏可通过测量各引脚的空载电阻、在路电阻、静态电压与参考数值相比较来判断。空载电阻是指集成电路没焊进到电路板时所测得的电阻值;在路电阻是指集成电路焊进到电路板后所测得的电阻值。一般空载电阻和在路电阻的测量要测两次，方法是用万用表Rx1k挡，两表笔分别接被测引脚与地，如图3.19所示。测量一次后把表笔对换过来再测一次。通常集成电路手册中会给出各种型号集成电路的参考空载电阻值。若测某一引脚的空载电阻与参考值相差很大，则说明该集成电路已损坏。上一页返回任务三、直流电源电路测试1.整流滤波电路测试(表3.2)2.测量输出电压可调范围(测试电路图3.1)调节RP，用万用表测量UO的可调范围为

。

3.稳压性能测试(1)取IO=100mA，按表改变整流电路输入电压U2(模拟电网电压波动)，分别测出相应的稳压器输入电压U1及输出直流电压UO，记入表3.2中。

(2)取U2=16V，改变RL(模拟负荷变化)，测量相应的UO值，记入表3.3表中。返回任务四、项目报告(一)报告要求(1)项目目的。(2)完成项目使用仪器清单。(3)画出项目电路图，标明元件数值，并列出元器件清单。(4)画出项目电路接线工艺图、印制板图。(5)列出设计或计算过程。(6)测试结果分析。(7)心得体会。下一页返回任务四、项目报告(二)成果形式(1)实物作品。(2)项目报告书。